Entspricht das Produkt bei der Qualitätskontrolle nicht den Erwartungen oder kommt es sogar zu einer Reklamation nach der Auslieferung, müssen die Ursachen hierfür gefunden werden. Dabei unterstützt das Messsystem von iba mit einem rückwirkenden Zugriff auf die Rohdaten zu jedem Qualitätswert – aufgezeigt an einer Anwendung aus der Automobilproduktion.

Weniger schützt zu wenig und zu viel ist zu teuer. Beim Feuerverzinken werden kaltgewalzte Bleche mit einer Zinkschicht versehen, um den Stahl vor Korrosion zu schützen. Diese widerstandsfähige Legierungsschicht bildet im Idealfall eine homogene Oberfläche und ist gleichmäßig dick aufgebracht – ein entscheidender Faktor für die spätere Endverarbeitung des Bleches in der Automobilproduktion. Dort sollte die Zinkschicht bei der Verformung des Blechs für die Außenhaut von Karosserieteilen weder abplatzen noch aufreißen. Auch für eine gleichmäßige Lackschicht ist eine einheitliche Zinkoberfläche entscheidend. 

Ein wichtiger Indikator für die Qualität der Beschichtung ist die Zinkauflage: Sie darf ein vorgegebenes Flächengewicht, das nur wenige Gramm pro Quadratmeter beträgt, nicht unterschreiten. Nur so kann die geforderte Korrosionsbeständigkeit erreicht werden. Im Sinne einer optimalen Produktion ist es zudem von Vorteil, wenn das Blech mit der aus hochwertigen Legierungen bestehenden Zinkauflage nicht überbeschichtet wird. Unnötige Kosten für überschüssig aufgebrachtes Zink werden so vermieden.

Eine kontinuierliche Qualitätskontrolle auf Basis von ermittelten Kennwerten kann sicherstellen, dass die Zinkauflage bestmöglich aufgebracht wird und der Kunde auch das verzinkte Coil geliefert bekommt, das er erwartet. „Ob das Band durchgängig den Vorgaben des Kunden entspricht, wird anhand einer Reihe von Parametern wie Banddicke, Auflagenstärke der Verzinkung oder Temperaturverläufe während des Glühprozesses entschieden“, erklärt Detlef Maaß, Produktmanager bei der iba AG. Bis zu 300 Parameter sind typisch für eine Feuerverzinkungslinie. Aufgrund dieser großen Menge an einflussnehmenden Faktoren, ist es nicht möglich, diese schon während der Produktion zu beobachten. Ein Rückbezug auf die Rohdaten bei der Qualitätskontrolle am Ende des Produktionsprozesses erleichtert die Qualitätsdatenanalyse im Fall eines qualitätskritischen Endprodukts.

Zugriff auf unverfälschte Daten
Das Messsystem der Fürther iba AG bietet die Möglichkeit eines Zugriffs auf die aufgezeichneten, hochaufgelösten Messdaten, die sogenannten Rohdaten, und erlaubt dadurch bei jeder Auswertung von aggregierten Datensätzen einen sogenannten „Drill-Down“. Dies ist ein elementares Kriterium für die Qualitätsanalyse, da es sich bei Qualitätsdaten um Mittelwerte, Standardabweichungen, Verteilungen und andere statistische Größen handelt, die nach Gesichtspunkten wie Zeit oder Produktionslänge aggregiert wurden. „Bei der Erzeugung von Qualitätsdaten können wichtige Prozessinformationen leicht verloren gehen, die aber für die Ursachenanalyse wichtig sind“, betont Detlef Maaß. Das iba-System erfasst Messdaten kontinuierlich und zeitsynchron, zeichnet sie auf, wertet sie aus und bereitet sie für weitere Auswerteschritte wie die Qualitätsanalyse auf. Die aufgezeichneten Messdaten werden dabei in Echtzeit visualisiert und gespeichert.

Für die Qualitätsanalyse im Rahmen der Feuerverzinkungslinie bedeutet dies: Mit dem iba-System werden die Messwerte für die Zinkauflage so umgerechnet, dass die Verteilung der Zinkauflage über eine dreidimensionale Darstellung visualisiert wird. Der Anwender erkennt, an welchen Stellen zu viel oder zu wenig Zink aufgebracht ist. Über den Drill-down auf die Rohdaten wie Bandgeschwindigkeit oder Temperaturverläufe des Bands, erfährt der Anwender schließlich, warum die Werte der Zinkauflage an bestimmten Stellen von den Referenzwerten abweichen. Mit dem iba-System kann der Nachweis über die Produktqualität erbracht und eine Grundlage zur Anlagenoptimierung im Rahmen eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses geschaffen werden.

Zentrales Qualitätskriterium Bandtemperatur
Die Dimension, die dieser Drill-down für das Qualitätsmanagement bedeutet, zeigt sich anhand der Temperaturkurven der Stahlbänder, die für die Qualität der Zinkauflage grundlegend sind. Die Prozessabläufe einer Verzinkungslinie sind komplex. Das unverzinkte, schon endabmessungsnahe Stahlband läuft durch die mehrere hundert Meter lange Verzinkungslinie als ein Endlosband aneinandergeschweißter Coils. Im laufenden Betrieb sind mehrere Kilometer Band und auch mehrere Produkte gleichzeitig in der Anlage, die nach der Verzinkung mechanisch nachbehandelt und am Ende wieder vereinzelt werden. Wesentliches Technologieaggregat ist der Glühofen. „Der Ofen hat die Aufgabe, das Material gezielt zu glühen, damit sich die Zinklegierung optimal mit dem Stahlband verbindet“, sagt Detlef Maaß.

Hierfür sind detaillierte Temperaturprofile in den verschiedenen Zonen des Ofens vorgegeben, die eine Rekristallisation des Materials für das Ausbilden der für das Produkt erforderlichen Mikrostruktur bewirken. Das Band wird entsprechend einer Glühkurve in den verschiedenen Zonen aufgeheizt, dort über eine definierte Zeit gehalten, um schließlich anhand eines vorgegeben Kühlgradienten für das Eintauchen in das 400 bis 450 Grad Celsius heiße Zinkschmelzbad abzukühlen. Dazu der Technologieexperte des Betreibers: „Die Einhaltung der Temperaturprofile ist extrem wichtig, weil sich das Materialgefüge hierdurch verändert und das Endprodukt hinsichtlich Eigenschaften bei plastischer Verformung beeinflusst wird.“ Die Toleranzen in der Glühkurve sind sehr eng. Bei einem Temperaturniveau von 950 bis 980 Grad Celsius dürfen sie höchstens drei bis vier Kelvin betragen. Auch die Zeiten für die Haltetemperaturen müssen exakt eingehalten werden.

Messtechnik unterstützt wirtschaftliche Produktion
Die Messdaten mehrerer Coils werden über den sogenannten ibaDatManager, ein Analysewerkzeug für die Betrachtung von Daten aus einer Datenbank, in tabellarischer Form dargestellt. Hinter jeder Zeile verbirgt sich ein fertiges Coil mit Kenngrößen wie der Heiztemperatur. Bei Coils mit einem charakteristischen Einbruch bei diesem Wert gelangt der Anwender per Mausklick von den verdichteten Informationen zu den tatsächlichen Messwerten des Sensors, die in einer unverfälschten Auflösung vorliegen. Die Messreihen lassen sich auf einer Zeit- und einer Längenachse darstellen. Um jeden einzelnen Bandmeter betrachten zu können, werden die Temperaturwerte in der Längenachse, bezogen auf das jeweilige Produktcoil gezeigt. Diese müssten über den Bandverlauf konstant verlaufen, doch steigen sie im Fall einer Störung des Glühofens über den Bandverlauf an. „In der aggregierten Darstellung stellt man nur fest, dass der Mittelwert der Bandtemperatur zu niedrig ist. Über den Drill-down lässt sich erst der definierte Verlauf der Bandtemperatur erkennen. Man kann daraus schließen, dass die Temperatur bei diesem Coil nicht generell zu niedrig war, sondern sich ein Trend abzeichnete“, so Detlef Maaß. Dass die Ursache hierfür in der Anlagentechnik selbst liegt, lässt sich z. B. über die Betrachtung der Anfahrkurve der Anlage feststellen. Fährt die Anlage nach einem Stillstand wieder hoch, erreicht der Glühofen die gewünschte Ofentemperatur erst nach einer Verzögerung – was sich unmittelbar auf das die Beschaffenheit des Coils auswirkt.

„Der Teil des Bandes, der sich während des Starts der Anlage nach dem Stillstand im Glühofen befand, ist nicht verkaufsfähig“, erläutert Detlef Maaß. Das fehlerhafte Coil kann bei der Qualitätskontrolle nicht freigegeben werden und muss entweder entsorgt werden oder für einen anderen Auftrag umgewidmet werden. Durch die Analyse lässt sich feststellen, dass ein bestimmter Bereich des Bandes laut Spezifikation zwar nicht verkauft werden kann, aber der Rest des Coils dagegen schon. Auf diese Weise nimmt die Datenanalyse Einfluss auf die betriebswirtschaftliche Ebene der Produktion. Genau darin liegt der Sinn eines Rückbezugs auf die Rohdaten. Das Coil wird bei der Qualitätsanalyse zunächst aus einer aggregierten Sicht betrachtet und erst im Fehlerfall im Detail. Über den Drill-down auf die Rohdaten erfährt der Anwender, was passiert ist, warum dieser Fehler in der Produktion aufgetreten ist und welche Bereiche des Bandes betroffen sind. Detlef Maaß erklärt die Konsequenz: „Ein Coil, das für den einen Kunden zwar gesperrt ist, ist für einen anderen Kunden mit weniger kritischen Anforderungen oder anderen Längenvorgaben noch geeignet und kann verkauft werden. Die Wertschöpfung geht nicht komplett verloren. So wäre es der Fall gewesen, wenn das Band komplett verschrottet hätte werden müssen.“